氮磷高效利用水稻品种筛选研究

杨利 张舒 马朝红 吕亮 刘华林 涂涛 董金梅 蒋先斌

摘    要：分析比较不同水稻品种（组合）的氮、磷养分利用特性，篩选氮、磷节约高产型水稻品种，旨在为不同品种（组合）种植时合理实现化肥减施、提高肥料利用率和保证粮食产量提供科学依据。通过田间试验，对湖北省水稻生产中常用的20个主栽品种（组合）进行了研究，试验对氮、磷二个因子分别设置高、中、低、和不施四个施肥水平，分别考察了各品种（组合）的氮肥、磷肥的偏生产力、农学利用率等。结果表明，在兼顾水稻产量与肥料利用率的同时，‘深两优5814、‘广两优476、‘杨两优6号、‘Y两优527、‘天优华占、‘c两优华粘、‘广两优香66等品种（组合）表现较好，属氮、磷高效利用品种（组合）。

关键词：水稻;氮磷高效利用;湖北省;品种筛选;象限分析

中图分类号： S511         文献标识码：A            DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2021.03.002

Research on Screening of Rice Cultivars with High Nitrogen and Phosphorus Use Efficiency

YANG Li1，2，3， ZHANG Shu1， MA Chaohong1，3，4， LYU Liang1， LIU Hualin5， TU Tao6，DONG Jinmei7，JIANG Xianbin8

（1.Institute of Plant Protection and Soil Fertilizer， Hubei Academy of Agricultural Sciences， Wuhan，Hubei 430064，China;2.Key Laboratory of Fertilization from Agricultural Wastes， Ministry of Agriculture and Rural Affairs， Wuhan， Hubei 430064，China;3.Hubei Province Straw Agricultural Use Engineering and Technology Research Center， Wuhan， Hubei 430064，China;4. Qianjiang Scientific Observing and Experimental Station of Agro-Environment and Arable Land Conservation， Ministry of Agriculture， Qianjiang， Hubei 433110，China; 5.Agricultural and Rural Bureau of Xiaogan City， Xiaogan， Hubei 432000，China;6.Agricultural and Rural Bureau of Qianjiang City，Qianjiang，Hubei 433199，China;7. Agricultural Technology Extension Center of Xiaogan City，Xiaogan，Hubei 432000， China;8. The Agriculture Office of Houhu Farm in Qianjiang City， Qianjiang， Hubei 433115，China）

Abstract： In order to provide a scientific basis for rationally reducing the application rates of chemical fertilizers， increasing fertilizer utilization efficiency and ensuring food production， the nitrogen and phosphorus utilization characteristics of different rice varieties commonly cultivated in Hubei Province were analyzed， and the rice varieties with both high yield and high nitrogen and phosphorus utilization efficiency were screened. 20 main rice varieties （combinations） commonly cultivated in Hubei Province were studied by field experiments. In the experiments， four fertilization levels including high， medium， low and control were set for nitrogen and phosphorus， the fertilizer partial productivity and agronomic utilization ratio of each variety were investigated. Taking account of both the rice yield and fertilizer utilization efficiency， 'Shenliangyou 5814'， 'Guangliangyou 476'， 'Yangliangyou 6'， 'Y Liangyou 527'，'Tianyou Huazhan'， 'c Liangyou Huanian'， 'Guangliangyouxiang 66' performed well， which can be identified as nitrogen and phosphorus efficient varieties （combinations）.

Key words： efficient use of nitrogen and phosphorus;Hubei Province;variety screening; quadrant analysis

水稻是我国最主要的粮食作物之一，产量约占谷物总产量的三分之一，其生长过程中，氮磷是需求量较大的营养元素[1-2]，合理施用氮、磷肥是保证水稻产量的重要技术措施[3-5]，过量施肥会造成生产成本增加、资源浪费，使得肥料利用率低[6]，而施肥不足则会导致水稻减产，影响粮食安全。目前我国稻田化肥尤其氮肥施用量高于世界平均水平，从而导致农业面源污染、水体富营养化等一系列农业环境问题[7-11]。

为了在减少化肥用量的同时保证水稻产量，研究不同施肥水平下水稻的农艺性状、以及不同水稻品种的氮磷利用效率，筛选肥料高效利用的水稻品种，可以为水稻品种选育、减肥增效提供参考。本研究以湖北主栽品种为对象，研究了不同氮磷水平下的水稻氮磷利用效率，以期为栽培、育种和生产实际提供决策参考。

1 材料和方法

1.1 供试材料

以20个湖北省水稻生产中常用的主栽水稻品种（组合）为试验材料，种子从市场购买或关联的种子公司提供，试验前进行发芽率测试，各品种生育期介于144～156 d，基本大致相同，具体名称见表1。

试验地点位于孝感市孝南区陡岗镇朝阳村，地势平坦，属于江汉平原北部、亚热带季风气候，海拔为29 m，年均降水量1 150 mm，供试土壤为潮土，质地砂壤，肥力中上，排灌方便，前茬作物为油菜。试验前采基础土壤，养分状况[12]为pH 7.1，有机质23.4 g·kg-1，全氮2.1 mg·kg-1，有效磷28.6 mg·kg-1，速效钾188.2 mg·kg-1，有效硅87.6 mg·kg-1，有效锌1.13 mg·kg-1。

1.2 试验方法

试验以上述20个品种（组合）为研究对象，氮设定高、中、低、不施氮4种施肥水平，N施用量分别为202.5 kg·hm-2，165 kg·hm-2，127.5 kg·hm-2，0 kg·hm-2，分别以NL、NM、NS、N0表示;磷亦设定高、中、低、不施磷4种施肥水平，P2O5施用量分別为120 kg·hm-2，90 kg·hm-2，60 kg·hm-2，0 kg·hm-2，分别以PL、PM、PS、P0表示。

试验重复3次，小区面积13.3 m2。

氮肥采用5-2.5-2.5运筹，即底肥占50%，第一次追肥25%（插秧后8 d进行），第二次追肥25%（晒田后复水时）;磷肥全部做底肥一次性施用。

所有小区均施钾、硅、锌肥，用量为K2O 120 kg·hm-2，底肥与追肥（晒田后复水时）各50%;硅肥、锌肥施用量分别为大粒硅60 kg·hm-2、大粒锌6 kg·hm-2，全部做底肥。

试验用肥料分别为尿素（N含量 46%，中国石油化工股份有限公司湖北化肥分公司）、过磷酸钙（P2O5 含量12%，湖北洋丰股份有限公司）、氯化钾（K2O 含量60%，德国钾盐公司）、硅肥（大粒硅，有效SiO2含量20%）和锌肥（大粒锌，有效Zn含量30%，）均由武汉高飞农业有限公司提供。

水分全程实现应变式肥水管理[13-14]。

试验为水育苗移栽，栽插密度22.5 万蔸·hm-2，2018年5月2日播种，5月27日移栽，9月30日收获。

1.3 测定项目

观察记载各品种主要生育时期，苗情调查（每小区固定5株），成熟时各小区随机取5株进行考种，考察分蘖数、有效穗、结实率、千粒质量等，各小区实收测产。

分别计算氮肥、磷肥的偏生产力、农学利用率，计算公式如下：

氮肥偏生产力=施氮区水稻产量/施氮量;

氮肥农学利用率=（施氮区水稻产量-氮空白区水稻产量）/施氮量;

磷肥偏生产力=施磷区水稻产量/施磷量;

磷肥农学利用率=（施磷区水稻产量-磷空白区水稻产量）/施磷量。

1.4 数据处理

采用Excel 2013、SPSS 13.0 进行数据处理。

2 结果与分析

2.1 水稻品种在不同氮水平下的产量

试验结束后，进行实收计产（表2）。

不同水稻品种对不同氮水平条件下的产量反应是不同的（图1）。

研究的20个水稻品种中，高氮（NL）水平下，产量介于7 595.7～11 063.3 kg·hm-2，平均9 903.3 kg·hm-2;中氮（NM）水平下，产量介于7 513.1～10 980.7 kg·hm-2，平均9 808.4 kg·hm-2;低氮（NS）水平下，产量介于6 852.6～10 485.4 kg·hm-2，平均9 271.7 kg·hm-2。不施氮肥（N0）水平下，产量介于4 623.5～6 687.5 kg·hm-2，平均6 060.0 kg·hm-2。在设定的不同施氮水平条件下，施氮量与水稻产量存在明显的正相关，施氮量愈高，水稻产量也愈高，反之亦然。

2.2 水稻品种在不同磷水平下的产量

不同磷水平下的产量见表3。

同样，不同水稻品种对不同磷水平条件下的产量反应亦不相同（图2）。研究的20个水稻品种中，高磷（PL）水平下，产量介于7 430.6～11 063.3 kg·hm-2，平均9 878.5 kg·hm-2;中磷（PM）水平下，产量介于7 348.0～10 898.2 kg·hm-2，平均9 721.7 kg·hm-2;低磷（PS）水平下，产量介于6 687.5～10 567.9 kg·hm-2，平均9 131.3 kg·hm-2。不施磷肥（P0）水平下，产量介于6 027.0～8 834.1 kg·hm-2，平均7 979.6 kg·hm-2。不同施磷水平条件下，施磷量与水稻产量的相关并不明显。

2.3 基于产量的不同氮效率基因型品种比较

从表1可以看出，施氮处理的水稻产量明显高于不施氮的处理，且不同品种间的产量也存在显著差异，整体上，杂交稻产量高于常规稻产量。依据张亚丽、Singh 等[15-20]的观点，不同供氮水平产量均较高的品种为氮高效型，产量水平较低的为氮低效型，介于二者之间的品种为中间型。

分别比较20个品种在高氮-低氮组、和施氮（中氮）-无氮组的氮效率表现，分别以高氮、施氮（中氮）为横坐标，以低氮、无氮为纵坐标进行分类（图3），分类表明：在高氮-低氮条件下，第Ⅰ象限（双高效型），高氮相对于低氮条件下产量高于平均值，水稻品种（组合）包括V3、V5、V7、V10、V11、V12、V13、14、V16、V18、V19、V20等;第Ⅲ象限（双低效型），其他品种（组合）产量低于平均值。

而在施氮（中氮）-无氮条件下，第Ⅰ象限（双高效型），施氮相对于低氮条件下产量高于平均值，水稻品种（组合）包括V1、V3、V5、V7、V10、V11、V12、14、V16、V18、V19、V20等;第Ⅲ象限（双低效型），其他品种（组合）产量低于平均值（图4）。

在生产实际中，一般会选择双高效型水稻品種，以达到基于产量和氮高效的双重目标，从产量上看，氮素利用率较高的品种有V3、V5、V7、V10、V11、V12、14、V16、V18、V19、V20等。

2.4 基于产量的不同磷效率基因型品种比较

从表2可以看出，施磷处理的水稻产量高于不施磷的处理，不同品种间的产量也存在一定差异，整体上，杂交稻产量高于常规稻产量。同样，分别比较20个品种在高磷-低磷组、和施磷（中磷）-无磷组的磷效率表现，分别以高磷、施磷（中磷）为横坐标，以低磷、无磷为纵坐标进行分类（图5），分类表明：在高磷-低磷条件下，第Ⅰ象限（双高效型），高磷相对于低磷条件下产量高于平均值，水稻品种（组合）包括V1、V3、V5、V7、V10、V11、V12、V14、V16、V18、V19、V20等;第Ⅲ象限（双低效型），其他品种（组合）产量低于平均值。

在施磷（中氮）-无磷条件下，第Ⅰ象限（双高效型），施磷相对于低磷条件下产量高于平均值，水稻品种（组合）包括V1、V3、V5、V7、V10、V11、V12、V 14、V16、V18、V19、V20等;第Ⅲ象限（双低效型），其他品种（组合）产量低于平均值（图6）。

在高磷-低磷组、和施磷（中磷）-无磷组各水稻品种（组合）的磷效率表现基本一样，这与张玉屏、李敏[21-22]等的研究是一致的。

2.5 不同氮水平下的氮肥利用率

从表4可以看出，随着施氮量逐渐减少，水稻氮肥偏生产力、氮肥农学利用率均逐渐提高。各品种在不同氮肥水平下氮肥偏生产力、氮肥农学利用率表现较为一致，较高的水稻品种有V1、V3、V7、V10、V14、V16、V18、V19等。

2.6 不同磷水平下的磷肥利用率

从表5可以看出，随着施磷量逐渐减少，水稻磷肥偏生产力逐渐提高，施磷量愈少，磷肥偏生产力愈高，磷肥农学利用率只有在中磷水平下表现为最好。各品种在不同磷肥水平下磷肥偏生产力、磷肥农学利用率表现较高的水稻品种有V1、V3、V7、V10、V12、V14、V16、V19等。

2.7 高效水稻品种的产量构成因素

结合不同氮磷水平下的产量水平、以及不同水稻品种的氮、磷肥利用率表现，V1、V3、V7、V10、V14、V16、V19等水稻品种等具有氮、磷高效特性。通过考种获得各高效水稻品种的产量构成因素（表6）。

3 结论与讨论

在目前水稻生产形势下，既要保证水稻产量，又要保护生态环境，化肥减施增效是水稻绿色高质量发展的重要内容。水稻的高质量发展，对化肥的使用要求也越来越严苛，而其中减少化肥用量、提高肥料利用率是最主要的研发方向，目前研发化肥替代品、新型高效肥料产品、及改进肥料施用方法等是关于肥料产品及施用技术的主流方向[4-5，7]，而在育种方面，选育肥料高效利用率的水稻品种，既是育种家关注的方面，也是水稻生产实际品种选择的重要内容[6-7，15，20-22]。

本研究中，研究了本地区水稻生产中主栽的推广面积较大的品种，表明‘深两优5814、‘广两优476、‘杨两优6号、‘Y两优527、‘天优华占、‘c两优华粘、‘广两优香66等品种（组合）在兼顾水稻产量表现、与肥料利用率等方面具有较好表现，可以作为本区域目前相同土壤条件、与肥水管理条件下肥料高效利用的推荐使用品种。但是这仅仅只是从水稻品种的肥料利用率、产量表现方面的考量，水稻的食味品质与施肥量之间存在相当的关联性，尤其蛋白质含量与施氮量之间[23-24]，因此肥料高效利用水稻品种，其施肥量与稻米品质则需要进行更深入的研究。

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